Témata
Reklama

Laserové řezání nekovových materiálů

Lasery obecně mají již tradičně svojí nezastupitelnou pozici v oblasti průmyslového děleni kovových i nekovových materiálů. Na rozdíl od řezání kovů představují plynové CO2 lasery v oblasti řezání nekovových materiálů stále nenahraditelnou technologii.

V oblasti dělení kovů se do popředí čím dál víc dostávají pevnolátkové lasery - zejména vláknové, případně diskové - s vlnovou délkou kolem 1 070 nm. Pevnolátkové lasery v této oblasti nahrazují plynové CO2 lasery. Zákaznici zejména oceňují jejich dlouhou životnost (až 100 000 operačních hodin), nízké provozní náklady, menší rozměry, vysokou účinnost přeměny elektrické na světelnou energii (až 35 %) a jejich bezúdržbovost. Tyto lasery také nabízejí vyšší kvalitu výstupního svazku, což je velkou výhodou zejména při řezání tenčích plechů do tloušťky cca 5-6 mm, a dále možnost řezání vysoce reflexivních materiálů, jako je měď, hliník, bronz, stříbro, mosaz a další.

Reklama
Reklama
Reklama
Porovnání kvality řezu kartonu řezaného pomocí oscilačního nože (nahoře) a laseru (dole)

Lasery pro řezání nekovů

V oblasti řezání nekovových materiálů jsou CO2 lasery se svou vlnovou délkou 10 600 nm stále jedinečnou a hůře nahraditelnou technologií. Náhrada CO2 laserů za pevnolátkové lasery (vláknové) pro řezání těchto materiálů není možná, protože například PMMA materiály (plexisklo) jsou pro vlnovou délku 1 070 nm, kterou pevnolátkové lasery emitují, transparentní a laserový svazek takovým materiálem prochází, aniž by došlo k jeho interakci s materiálem. Světelný svazek o vlnové délce CO2 laserů rovněž nelze vést optickým vláknem, a proto je nutné použít pro vedení svazku zrcadla.

Výhody a nevýhody laserového řezání

Mezi hlavní výhody laserového řezání ve srovnání s jinými metodami dělení materiálů patří vysoká produktivita a kvalita, hladký povrch řezu, vysoká opakovatelnost a přesnost, snadná příprava a editace i velmi složitých motivů řezání, malý prořez (úzká řezná spára), menší nároky na odsávání v porovnání s některými jinými technologiemi a relativně nízké provozní náklady. Laserové řezaní je  bezkontaktní způsob dělení materiálů, a proto jsou kladeny minimální požadavky na upínání obráběného materiálu (například u papíru, textilu apod.).

Nevýhodou mohou být vyšší pořizovací náklady, omezení v tloušťce řezaného materiálu nebo omezení při řezání některých materiálů (PVC, PCB aj.). U některých materiálů může také docházet k opálení řezné hrany.

Hlavní typy X-Y řezacích systémů podle vedení svazku

Při řezání nekovových materiálů se používá obecně více způsobů vedení laserového svazku do procesní (řezací) hlavy. Nejrozšířenější je tzv. flying optics, kdy svazek z CO2 laserového zdroje, který je uložen mimo řeznou plochu, je veden pomocí vhodně umístěných odrazných zrcadel na X-Y vedení do řezací hlavy, jež se pohybuje nad celou pracovní plochou X-Y plotteru. Velikost pracovní plochy u standardně vyráběných průmyslových strojů bývá od 500 x 700 mm až do 2 000 x 3 000 mm. Výhodou tohoto typu vedení laserového svazku je vysoká dynamika pohybu řezacího stroje, protože po X-Y portálu se pohybuje pouze řezací hlava s nízkou hmotností. Nevýhodou je nepatrně odlišná velikost stopy laseru (a tím šířka řezné spáry) v různých místech řezací plochy. Je to způsobeno tím, že délka dráhy svazku od laserového zdroje do místa řezu je odlišná pro různá místa řezné plochy a rozbíhavostí (divergencí) svazku se mění i vstupní průměr svazku do řezné hlavy. Toto může být patrné zejména u řezacích strojů s velkou pracovní plochou. U kvalitnějších systémů je tento nedostatek korigován dynamickou optikou.

Systém Contilas pro řezání airbagů využívající technologie remote cutting a cutting on the fly s 2kW CO2 laserem DC020

Další možností je uložení laserového zdroje přímo na X-Y vedení, kdy se pohybuje celý laser a svazek je do řezací hlavy přiveden pouze jediným zrcadlem. Výhodou tohoto řešení je konstantní vzdálenost od laserového zdroje do místa řezu, čímž je zajištěna identická kvalita řezu po celé pracovní ploše. Nevýhodou je horší dynamika systému, protože je nutné pohybovat celým laserovým zdrojem s relativně velkou hmotností, což zvyšuje nároky na nosnost X-Y stolu.

Na podobném principu je založena i třetí možnost - statické uložení laseru i laserové hlavy. V tomto případě se pohybuje deskou řezaného materiálu, která je uložena na CNC řízeném X-Y stole. Kvalita řezu po celé pracovní ploše je opět stejná, nevýhodou je velká zástavbová plocha stroje.

Řezací systém H-Type od firmy SEI

Remote cutting

Poslední a nejprogresivnější metodou je tzv. remote cutting (vzdálené řezání), kdy je laserový svazek přiveden z laserového zdroje na zrcadla rozmítací hlavy. Tato zrcadla jsou uložena na galvomotorech a pomocí jejich rotace se vychyluje svazek přes fokusační čočku v ose X-Y. Řezná plocha je omezena velikostí fokusační čočky a standardně bývá 500 x 500 mm. Vzdálenost rozmítací hlavy od řezaného materiálu je i několik stovek mm - proto název remote cutting. Rozšíření pracovní plochy se řeší uložením rozmítací hlavy na X-Y lineární vedení. Velkou výhodou tohoto typu řezání je mnohem vyšší produktivita a rychlost v porovnání s ostatními metodami.

Produktivita může být ještě zvýšena ve spojení s metodou tzv. cutting on the fly (řezání za pohybu), kdy se řeže přímo pohybující se pás materiálu (pohyb řezného bodu je SW korigován dle aktuální rychlosti materiálu pod rozmítací hlavou). Tato metoda v současné době hojně nahrazuje vícevrstvé řezání látky pro airbagy v automobilovém průmyslu. Nevýhodou je omezení v řezaných tloušťkách a u některých materiálů větší opal řezané hrany, protože u remote cutting nelze použít asistenční plyn vháněný do řezné spáry.

Mezi nejčastěji laserem řezané nekovové materiály patří plasty, pryž, guma, překližka, dřevo, korek, papír, kevlar atd. Tloušťka zpracovávaného materiálu může být od nejtenčích materiálů 0,1 mm až po desky tloušťky 50 mm v závislosti na optickém výkonu laseru a nastavených parametrech řezání (rychlost řezu, zrychlení X-Y os, výkon a frekvence laseru aj.).

Řezací systém Merkury 609 od firmy SEI

Používané CO2 laserové zdroje

Pro účely řezání výše zmíněných materiálů jsou nejčastěji používány tzv. sealed off RF CO2 lasery s radiofrekvenčním buzením. Sealed off CO2 lasery mají hermeticky uzavřený rezonátor se směsí aktivních plynů. Mezi nejvýznamnější světové výrobce těchto zdrojů patří firmy Coherent, Rofin nebo Synrad. Tyto lasery vynikají vysokou spolehlivostí, dlouhou životností a nízkými provozními náklady.

Alternativně se ještě stále používají CO2 lasery s rezonátorem v podobě skleněné trubice s buzením pomocí elektrického výboje, které jsou levnější, ale mají výrazně nižší životnost. Lasery s těmito skleněnými trubicemi často používají asijské firmy vyrábějící laserové plottery.

Příklady řezacích systémů

Mezi přední světové výrobce průmyslových řezacích laserových systémů pro řezání převážně nekovových materiálů patří firma SEI se sídlem v Italském Bergamu. Mezi jejich nejproduktivnější systémy patří stroje H-Type a Mercury. H-Type má pracovní plochu 1 000 x 700 mm, pro řízení jsou použity servopohony s maximálním zrychlením 8g a rychlostí až 4 m.s-1. H-Type je osazován laserovými zdroji o výkonu 115 nebo 230 W. Jedná se o stroj s vysokou dynamikou určený pro hromadnou i malosériovou výrobu a navržený pro třísměnný provoz po 7 dní v týdnu.

Systém Mercury je osazen lineárními motory, které poskytují nejlepší možnou dynamiku a přesnost v celé řezné ploše. Rozměry pracovních ploch jsou 1 250 x 1 300 mm až 2 000 x 3 000 mm. Optický výkon laserových zdrojů na stroji Mercury se pohybuje od 230 až do 1 500 W. S výkonem od 350 W lze již s tímto systémem řezat i tenké kovové materiály.

V případě potřeby dělení nekovových materiálů laserem CO2 lasery tedy stále představují velmi důležitou technologii. Prodej a servis výše uvedených laserových systémů zajišťuje společnost LAO průmyslové systémy.

Ing. Václav Krejzlík

novak@lao.cz

LAO průmyslové systémy

SEI

Reklama
Vydání #4
Kód článku: 110431
Datum: 13. 04. 2011
Rubrika: Trendy / Spojování a dělení
Autor:
Firmy
Související články
Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Laserová technologie Platino pro každého

Nová verze fiber laseru Platino od italského výrobce Prima Power je jeden z nejúspěšnějších produktů z celého portfolia společnosti. 2D laser postavený na více než konsolidované platformě ze syntetického granitu má na kontě více než 2 000 instalací po celém světě. Stroj byl vybaven a aktualizován důležitými technologickými inovacemi, které přispívají k tomu, že je ještě rychlejší, spolehlivější a produktivnější.

Oscilující paprsek laseru pracuje přesněji

Univerzálním nástrojem naší doby je laser, kterým je možné bezdotykově opracovávat téměř všechny materiály. Ještě lépe a přesněji se podaří materiály řezat nebo gravírovat, když paprsek laseru kmitá.

Související články
Autogen, plazma či laser?

Ať ve strojírenském, elektrotechnickém, potravinářském, chemickém či důlním průmyslu, nebo ve stavebnictví, zemědělství a mimo jiné také při výrobě dekoračních předmětů, tam všude nacházejí uplatnění CNC stroje pro termické dělení materiálů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Aktuální možnosti v laserovém svařování

Laserové svařování lze v dnešní době považovat za velice moderní technologii. Vysoké svařovací rychlosti, štíhlý svar a z toho plynoucí výhody jsou pozitiva, která umožnila začlenění této metody do progresivních výrobních technologií. Tento článek si klade za cíl představit aktuální možnosti laserových svařovacích technologií.

Revoluce ve svařování laserem

Nejnovější technologie firmy Trumpf BrightLine Weld pro pevnolátkové lasery umožňuje svařování s nízkým rozstřikováním při rychlostech pohybu, které lze v dnešní době dosáhnout pouze pomocí CO2 laserů. BrightLine Weld umožňuje svary s částečným průvarem pro svařence s přenosem síly nebo svary s úplným průvarem pro svařování trubek a profilů. Tato technologie umožňuje výrazné zvýšení produktivity a energetické účinnosti. Vysoce kvalitní svarové švy se projevují vysokou mechanickou pevností vyrobených dílů. Minimalizované rozstřikování snižuje znečištění obrobku, upínacích zařízení a rovněž optiky. Výsledkem je zkrácení prostojů stroje, méně oprav dílů, vysoká životnost pracovní optiky a následkem toho podstatné snížení nákladů.

Nová generace polovodičových laserů s diamantovým sendvičem

Vědci z univerzity ve Stuttgartu ukázali cestu pro novou generaci polovodičových laserů. Tyto mají být zejména výkonnější a použitelné v nových oblastech. Lasery jsou založeny na diamantovém sendviči.

Tvoříme historii vodního paprsku

Každá investice do podniká je spojena s velkým očekáváním. Jistou dávku důvěryhodnosti ve správnou investice může dávat také historie firmy i samotné technologie. Technologie řezání vysokotlakým vodním paprskem Flow slaví v tomto roce již 50 let, resp. 40 let v případě abrazivního vodního paprsku.

Vplyv ochrannej atmosféry pri zváraní hliníkových zliatin

Ľahké neželezné kovy ako hliník, horčík, titán a ich zliatiny, ktoré sú používané najmä v automobilovom, leteckom a kozmickom priemysle, musia spĺňať vysoké a často protichodné nároky ako je napríklad dostatočná pevnosť pri zachovaní vysokej ťažnosti alebo dobrá korózna odolnosť. Inak povedané, využívajú sa tam, kde ich náhrada dostupnejšími materiálmi nie je možná. Na zváranie materiálov z ľahkých neželezných kovov je potrebné použiť takú technológiu zvárania, ktorá bude ich vlastnosti degradovať čo najmenej. Celý rad štúdií a doterajších praktických skúseností ukazujú, že väčšina problémov vznikajúcich pri konvenčnom zváraní oblúkovými metódami môže byť potlačená použitím laserového lúča.

Nové úkoly v technologii vodních paprsků

Jednou za dva roky pořádá Oddělení desintegrace materiálů Ústavu geoniky Akademie věd ČR konferenci o technologii vysokorychlostních vodních paprsků. Letos organizátoři pro své setkání vybrali nádherné a inspirativní prostředí Lednicko-Valtického areálu, zapsaného do seznamu světového a kulturního dědictví UNESCO. V pořadí již pátá konference této série přitáhla pozornost mnoha zahraničních a tuzemských odborníků.

HiLASE - superlasery pro skutečný svět

Lasery nové generace, jež doposud nemají ve světě obdoby, se vyvíjejí a testují v nově postaveném centru HiLASE v Dolních Břežanech u Prahy. Využití najdou v průmyslu i ve výzkumu. V nové budově působí téměř 60 laserových specialistů a techniků, z nichž přibližně polovina je ze zahraničních, často i velmi renomovaných pracovišť.

Výrobní laserové technologie

Výrobní laserové technologie lze dělit mnoha způsoby-, podle použitého výkonu, délky pulzu nebo interakce s materiálem. Nejjednodušší způsob rozdělení laserových technologií je do tří skupin: dělení a odebírání materiálu, spojování materiálu a úprava povrchu materiálu. Vzhledem k rozmanitosti využití laseru není toto dělení zcela jednoznačné a existuje několik dalších technologií, které se nacházejí mezi těmito kategoriemi.

Jsou smíšené konstrukce dočasně za svým zenitem?

Nikdo nenamítá proti oprávněné potřebě lehkých konstrukcí v dopravě, aeronautice, obalové technice a u pohyblivých částí strojů, systémů a zařízení. Avšak jsou smíšené konstrukce s plasty vyztuženými vlákny v současnosti opravdu za svým zenitem?

Laserové svařování jako inovace napříč průmysly

Všeobecný tlak na automatizování výrobních procesů a udržení jejich stability řadí postupný přechod na laserové svařování mezi nezbytné kroky k inovaci. Dnes už svařování laserem používá celá řada výrobních závodů ze širokého spektra průmyslů včetně automobilového, leteckého, lékařského a dalších. Laserové svařování se stává stále více preferovanou technologií napříč veškerými odvětvími v průmyslu hlavně kvůli tomu, že svar vzniká intenzivním lokálním zahřátím materiálu ve velmi krátkém čase – v řádu milisekund.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit